Роль органометаллических комплексов и коллоидов в речном стоке бореальной климатической зоны (на примере Северной Карелии и Владимирской Мещёры)

ВЫВОДЫ.

Аналитический материал, характеризующий распределение микроэлементов (более 50) по фракциям крупности составляющих речного стока (по 60 точкам в двух регионах), достаточен, но, несмотря на различия в модулях стока и особенностях русловых процессов, не выявил принципиальных различий в элементных составах одинаковых фракций крупности фильтратов двух регионов. При всей специфичности кривых выведения микроэлементов для всех точек опробования сравниваемых регионов основной причиной различий в молекулярно-массовом распределении являются различия источников поступления ОВ и локальная изменчивость гидрологического режима.

Для двух сравниваемых регионов впервые получен обширный материал по особенностям миграции отдельных редкоземельных элементов и методами каскадной и дробной фильтрации проб изучено их распределение между коллоидами Fe(OH)₃ и фульватными комплексами речного стока. Отмечаются значимые отличия в спектрах накопления редкоземельных элементов для районов с разной геологической предысторией. Особенности накопления и адсорбционного выведения индивидуальных элементов редких земель специфичны и демонстрируют существенно более высокую степень выравненности их спектров в случае Мещёрской низменности (рис. 9 Г).

В речных водах по мольным количествам абсолютно доминируют небольшие молекулы гуминовых веществ, что обуславливает главную роль фульвокислот (ФК) в комплексообразовании металлов (Варшал, 1994), и процент их совместного выведения с органическим веществом на фильтрах с размером пор более 0,1 мкм невысок, за исключением железа и элементов-гидролизатов, связанных с гидроксидами железа. Гидроксиды железа представлены в основном коллоидными агрегатами, которые вместе с агрегатами ОВ определят частичное адсорбционное выведение этих микроэлементов. Остальные микроэлементы в большей степени связаны с тонкими фракциями. Около 50 мас.% органического вещества болотных и речных вод достигает депонирующего озера, в пересчете на мольное содержание - это более 90%. Агрегация РОВ является одним из основных факторов перехода части растворенных микроэлементов во взвесь и определяет их поведение в речном стоке.

Выполнен термодинамический анализ процессов деполимеризации-ассоциации гуминовых кислот, который демонстрирует стохастичность, подверженность размеров больших агрегатов тепловым колебаниям и условиям перемешивания, что связано с малой величиной свободной энергии присоединения простого фрагмента фульвокислоты (500 Да), порядка 600 кал/моль. Этим в значительной степени объясняются вариации массовой доли ОВ гуминовой природы по сети опробования в водосборных бассейнах.

Наблюдается закономерное снижение оптической плотности от исходной пробы к последнему фильтрату, что позволяет использовать оптическую плотность и другие спектральные характеристики как один из способов контроля достоверности данных по ОВ именно гуминовой природы в полевых и лабораторных условиях, а также при мониторинге сохранности природных растворов в отношении гуминовых кислот.

Комплексность форм миграции и широкие вариации состава природных континентальных вод определяют основные методические трудности при исследованиях. Использование методов разделения каскадной фильтрацией на размерные фракции, анализ коэффициентов распределения отдельных элементов между коллоидами этих размерных фракций и растворенными формами позволяют лучше понять их поведение на пути от почвенных и болотных вод к водотокам первичной гидрографической сети через промежуточные и депонирующие озера водных систем. Так, если рассматривать изменение концентраций в профиле почвенный раствор - питающее болото - река - озеро, то содержание Ca и Mg увеличивается (при незначительном уменьшении на отрезке питающее болото - среднее течение - устье), а Cu, Ni, Cr, Ti, Al - уменьшается (при незначительном увеличении на отрезке питающее болото - среднее течение - устье). Oтношениe Fe/Me (где Me = Al, Cu, Zn, Ni, Co, Cr, Mn) закономерно уменьшается по мере фильтрации, тогда как Fe/Ti закономерно увеличивается в серии фильтратов почвенного раствора.

Каковы бы ни были долгосрочные прогнозы и сценарии климатических изменений для северного полушария Земли, во всех случаях актуальным является развитие и научно-методическое обеспечение исследований форм совместной миграции органического вещества и микроэлементов в континентальном стоке различных климатических зон. Проведенный методический поиск позволяет обосновать метод каскадной фильтрации как основу для изучения тонких особенностей распределения ОВ по молекулярным массам, динамики трансформации форм миграции микроэлементов, получения коэффициентов распределения между различными формами нахождения и установления причины их изменения в зонах смешения, при транзите и депонировании. Только на этой основе возможно получение объективной информации об изменениях форм переноса микроэлементов в речном стоке.